新潟県三島郡寺泊町野積（現：長岡市）生まれ。寺泊町立野積小学校、寺泊町立寺泊中学校、新潟県立長岡高等学校卒業後、昭和大学医学部卒業。1991年3月、同大学院修了。脳を自分で成長させるために必要な概念「脳番地」を発案。光で脳機能を計測する近赤外線分光法を用いた光脳機能計測法を最初に実現した第一発見者で、fNIRSの生みの親である 。1991年に誕生したfNIRSは、長い間、その誕生の歴史が語られていなかったが、2018年にToshinori Kato（本人）の英語論文が発表された。1995年からミネソタ大学放射線科MR研究センターに在籍し、fMRIの原理にも精通している脳機能イメージングのパイオニアの一人である 2001年迄在籍し。現メーヨークリニック神経内科教授とのアルツハイマー病の脳機能研究や認知症予防の活動  も行っている。2006年6月1日、株式会社脳の学校を立上げ、代表取締役となる。脳の新しい見方「脳番地」論を提唱。大人や子どもの発達障害に脳の海馬回旋遅滞が関与している事実を報告。MRI脳画像を用いた脳個性を鑑定することができる。ベクトル法NIRSを開発。脳番地アクティビティを診断する新しい脳機能解析法SRIを発明。所属学会：日本小児科学会、日本放射線学会、アルツハイマー国際会議（AAIC)、Organization for Human Brain Mappingほか。2013年、加藤プラチナクリニック（東京都港区白金台）に開設。西洋医学、東洋医学を含めた「薬だけに頼らない脳の処方箋」をテーマに掲げ、MRI脳画像を用いた診断と治療を行う。現在は、脳科学者、脳内科医として加藤式MRI脳画像診断法を確立し、加藤プラチナクリニックで脳の診療の傍ら、脳の学校では、「脳を成長させる健康医療サービス」の活動として、脳番地トレーニング事業、MRI脳個性分析事業、おとなと子どもの発達障害の診断と支援サービス、脳科学研究の支援事業、脳科学情報の提供、脳商品開発事業に従事している。
幼少期までを海外で過ごし、大学時代にもイギリスに3ヶ月間研修へ出向くなど、海外経験が豊富で、国際色豊か。また、高校までフィギュアスケートを続けていたこともあり、日本スケート連盟有望新人認定選手にも選ばれたことがある。社会人となり某電機メーカーの営業アシスタントの経験もある。ラジオDJやイベントMCとして、これまでにはJ-WAVEやInter FM、FM-FUJIなどの番組でDJを担当。趣味は映画鑑賞、ネイルアート。特技はフィギュアスケート、器械体操、ジャズダンス。日本酒が好物。
1982年に勝田話法研究所附属の声優教室として開設。1987年に現在の勝田声優学院に改称。開設以来、第一線で活躍する声優達を多数輩出した。2015年3月、学院長の高齢を理由に閉校となった。
旧国道101号線は、今日でもサンディエゴ郡のオーシャンサイドとメキシコ国境の間で、様々な道路名が付いて残っている。まず、オーシャンサイドの市内はコースト・ハイウェイと呼ばれる。カールスバッドに入るとカールスバッド・ブルバードになるが、エンシニータス南部ではコースト・ハイウェイ101号線となる。ソラナビーチでもハイウェイ101号線の名称は守られるが、デル・マーに入るとカミーノ・デル・マーと呼ばれるようになる。以上、これらの道路を全て合わせてサンディエゴ郡道21号線を構成する。その後、ラホヤで州間高速道路5号線にぶつかるまでトーリー・パインズ・ロードに沿って続く。サンディエゴに入ると、旧101号線は州間高速道路5号線の経路を辿り、これがパシフィック・ハイウェイ（現在の州間高速道路5号線の少し西にある旧101号線のフリーウェイ）まで続く。その後、道路名はハーバー・ドライブ、ブロードウェイと続き、サンディエゴのダウンタウン、チュラビスタを抜けて、ナショナルシティにあるナショナル・シティ・ブルバードに続く。州間高速道路5号線が完成するまで、現在の州間高速道路5号線の南部はしばらく国道101号線として使われていた。これは現在までに全て廃止されているが、その経路は現存しており、旧101号線と案内する標識もあちこちに存在する。ギルロイとサンフランシスコの間にある旧国道101号線の大部分は、迂回路101号線（Business 101）またはカリフォルニア州道82号線として現在も使用されている。一方、迂回路101A号線はフリーウェイに平行して走るとびとびの道路であり、場合によってはフリーウェイへの連絡道路となっている。サンフランシスコとサンディエゴの間で地上を走る迂回路101号線とカリフォルニア州道82号線の多くの部分はエル・カミノ・リアル（王の道）として指定を受けている。エル・カミノ・リアルとは元々、スペイン王および副王の権威のもとで多くの大通りに付いた指定であった。エル・カミノ・リアルはカリフォルニアで最初の主要道路となった。ゴールデンゲートブリッジが完成する前、国道101号線はサンフランシスコ・ベイエリアで2つに分かれていた。国道101号西線（101-W）は、今日サンノゼからサンフランシスコに続く101号線の経路と同一である。他方、国道101号東線（101-E）は今日ではサンノゼからオークランドに続く州間高速道路880号線となっている。当時ゴールデンゲートブリッジがなかったため、国道101号西線はゴールデンゲート海峡を横切るフェリー経路となっていた。今日、101号西線はヴァンネスまで続いているが、ロンバートで左折することなくハイド・ストリート埠頭で終点を迎える。この地点から、フェリーに乗船しゴールデンゲート海峡を横切って対岸のサウサリートに到着すると、直接サウサリートのメインストリートに続き、再び国道101号線の標識に出会うことになる。国道101号東線は1940年代に廃止され、サンノゼとサンタローザを結ぶカリフォルニア州道17号線になった（更に後には州間高速道路880号線と580号線になる）。1950年代初頭にはサンフランシスコ半島東部にベイショア・フリーウェイが建設されたため、エル・カミノ・リアルに沿う旧国道101号線は、国道101号代替線（U.S. 101 Alternate, 101-a）となり、ベイショア・フリーウェイは国道101号線バイパス（U.S. 101-Bypass, 101-B）となった。1964年、カリフォルニア州は多くの州道の再附番を行い、エル・カミーノはカリフォルニア州道82号線となった他、ベイショア・フリーウェイはバイパスの指定を解除された。